Сплавы. 
Химия в строительстве

Простые вещества, образованные металлическими элементами, сходны друг с другом и за счет этого способны образовывать твердые гомогенные или микрогетерогенные смеси, которые называются сплавами,

В ряде случаев в состав сплавов входят и неметаллы. В технике, как правило, используют не чистые металлы, а их сплавы, так как последние имеют лучшие физико-механические свойства. По характеру строения кристаллов сплавов их подразделяют на твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения.

Твердые растворы замещения характеризуются тем, что «ион-атомы» одного металла (например, никеля) чередуются с «ион-атомами» другого металла (например, меди) в мельхиорах (рис. 2.2, а). Такие сплавы образуются тогда, когда радиусы атомов металлов приблизительно одинаковы.

Твердые растворы внедрения образуют металлы с крупными атомами с металлами (неметаллами), размеры атомов которых.

Рис. 2.2. Схема строения сплавов замещения (а) и сплавов внедрения (б)

значительно меньше, и эти атомы внедряются между узлами кристаллической решетки основного металла, например низкоуглеродистые стали — сплавы железа с углеродом (рис. 2.2, б).

Некоторые сплавы содержат, кроме основного металла, включения в виде соединений металла с неметаллом (серый чугун — сплав железа и цементита) или интсрмсталлические соединения. При этом получаются микрогетсрогенные системы. Такие сплавы образуют магний со свинцом, магний с цинком и т. д.

В ряде случаев при кристаллизации расплавов смесей металлов возникают твердые смеси, состоящие из кристаллов отдельных металлов, например третник (сплав олова и свинца). Такие сплавы имеют высокую механическую прочность, но низкую температуру плавления.

Сплавы весьма многообразны. Рассмотрим некоторые из них.

Сплавы железа. К ним относятся чугуны и стали, которые называют черными металлами. Большое значение имеют легированные стали, обладающие высокой коррозионной стойкостью и механической прочностью, например хромоникелевые стали. Широкое применение находит сплав феррохром, кислотоупорные стали, содержащие кремний. Для получения последних применяют сплав ферросилиций. В строительстве находят широкое применение различные, особенно высокопрочные, стали, из которых изготавливают арматуру для производства железобетонных конструкций. Черные металлы используют в производстве строительной техники.

Сплавы меди. Среди сплавов меди наибольшее значение имеют латуни и бронзы. Латуни — сплавы меди с цинком (10— 50%). Бронзы — сплавы меди и олова (до 20%). Бронзы широко применяются при изготовлении скульптур (художественное литье) и в машиностроении; латуни — в моторостроении. Ценными сплавами являются константан — сплав меди, никеля (до 40%) и марганца (до 2%) и мельхиор — сплав меди с никелем (до 20%): последний применяется в ювелирном деле. Латуни находят применение в строительстве для изготовления деталей водопровода, дверных ручек и т. д.

Сплавы алюминия. Из алюминия получают большое число сплавов, наибольшее значение среди которых имеют дюралюминий, включающий в себя, кроме алюминия, медь (до 5%) и магний (до 1%), применяемый в самолетои машиностроении, в строительстве; силумин, кроме алюминия, содержит кремний (до 14%); его применяют для изготовления различных деталей машин, в том числе и строительных. Алюминиевые сплавы применяют в производстве строительных металлоконструкций.

Следует отметить, что производство сплавов требует больших затрат энергии и природных ресурсов и очень часто является экологически небезопасным, поэтому необходимы бережное использование сплавов и разработка методов эффективной их утилизации и экологически безопасных способов добычи сырья для их получения.

Задания для самостоятельной работы

• 1. Поясните, что такое сплавы, чем они отличаются от чистых металлов и с чем связана необходимость их получения.
• 2. Поясните, чем различаются сплавы внедрения от сплавов замещения.
• 3. Назовите наиболее известные сплавы меди, поясните, чем они отличаются друг от друга и где они применяются в строительстве.
• 4. Назовите наиболее известные сплавы железа и алюминия и их применение в строительстве.